KR100577305B1 - Method for forming isolation film of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자 격리막의 코너 부분 손실을 최소화시킴으로써 소자의 특성을 향상시키도록 한 반도체 소자의 격리막 형성방법에 관한 것으로서, 반도체 기판상에 제 1 산화막 및 도전층, 제 2 산화막, 질화막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 질화막, 제 2 산화막, 도전층, 제 1 산화막을 선택적으로 제거하여 질화막 패턴, 제 2 산화막 패턴, 도전층 패턴, 제 1 산화막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 질화막 패턴 및 도전층 패턴을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판을 선택적으로 제거하여 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판에 습식 식각으로 풀-백을 진행하여 상기 제 2 산화막 패턴과 제 1 산화막 패턴의 측면을 식각하여 공간을 형성하는 단계와, 상기 트랜치의 표면 및 상기 도전층의 측면과 상기 공간 내부에 제 3 산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 3 산화막이 형성된 트랜치의 내부에 소자 격리막을 형성하는 단계와, 상기 질화막 패턴, 제 2 산화막 패턴, 도전층 패턴을 차례로 제거하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming an isolation film of a semiconductor device in which device characteristics are improved by minimizing corner loss of the device isolation film. Selectively removing the nitride film, the second oxide film, the conductive layer, and the first oxide film to form a nitride film pattern, a second oxide film pattern, a conductive layer pattern, and a first oxide film pattern, and the nitride film pattern and the conductive layer pattern. Selectively removing the semiconductor substrate using a mask as a mask to form a trench; and performing a full-back wet wet etching on the semiconductor substrate to etch the side surfaces of the second oxide pattern and the first oxide pattern to form a space. Forming a third oxide film on a surface of the trench, on a side surface of the conductive layer, and in the space; And forming a device isolation layer in the trench in which the third oxide film is formed, and sequentially removing the nitride film pattern, the second oxide film pattern, and the conductive layer pattern.
소자 격리막, 손실, 폴리실리콘층, 산화막, 풀-백Device Isolation, Loss, Polysilicon Layer, Oxide, Full-Back
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 나타낸 공정단면도1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation layer of a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 격리막을 나타낸 구조단면도2 is a structural cross-sectional view showing a separator of a semiconductor device according to the prior art.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 나타낸 공정단면도3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation layer of a semiconductor device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막을 나타낸 구조단면도4 is a structural cross-sectional view showing a separator of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 101 : 제 1 산화막100
102 : 폴리실리콘층 103 : 제 2 산화막102
104 : 질화막 105 : 트랜치104: nitride film 105: trench
106 : 제 3 산화막 107a : 소자 격리막106:
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 레키지(leakage)를 방지하여 소자의 특성을 향상시키도록 한 반도체 소자의 격리막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming an isolation film of a semiconductor device to prevent leakage and improve device characteristics.
일반적으로 반도체 소자가 점차로 고집적화 됨에 따라 그에 따른 여러 가지 방법 중 소자 격리영역과 소자형성영역 즉, 활성영역의 크기를 축소하는 방법들이 제안되고 있다.In general, as semiconductor devices are increasingly integrated, methods for reducing the size of device isolation regions and device formation regions, that is, active regions, have been proposed.
상기와 같은 소자격리영역의 형성기술로는 로코스(LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon) 공정을 사용하였다. 이러한 로코스 공정을 이용한 격리영역 형성공정은 그 공정이 간단하고 재현성이 우수하다는 장점이 있어 많이 사용되고 있다.As the formation technology of the device isolation region as described above, a LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) process was used. The isolation region forming process using the LOCOS process has been widely used because of its advantages that the process is simple and excellent in reproducibility.
그러나 소자가 점차로 고집적화함에 따라 로코스 공정으로 격리영역을 형성하는 경우 로코스로 형성된 격리산화막의 특징인, 활성영역으로 확장되는 격리산화막 에지부의 버즈빅(Bird's Beak) 발생 때문에 활성영역의 면적이 축소되어 64MB급 이상의 디램(DRAM : Dynamic Random Access Memory) 소자에서 사용하기에는 적합하지 못한 것으로 알려져 있다.However, as the device is gradually integrated, the area of the active region is reduced due to the occurrence of Bird's Beak at the edge of the isolation oxide that extends into the active region, which is characteristic of the isolation oxide formed by the LOCOS process. It is not suitable for use in DRAMs of more than 64MB.
그래서 종래 로코스를 이용한 격리영역의 형성방법에는 버즈빅의 생성을 방지하거나 또는 버즈빅을 제거하여 격리영역을 축소하고 활성영역을 늘리는 등의 어브밴스드 로코스(Advanced LOCOS) 공정이 제안되어 64MB 또는 256MB급 디램의 제조공정에서 사용되었다.Therefore, in the conventional method of forming an isolation region using LOCOS, an advanced LOCOS process is proposed such as preventing the generation of buzz big or removing the buzz big to reduce the isolation area and increase the active area. Or in the manufacturing process of 256MB DRAM.
그러나 이러한 어드밴스드 로코스를 사용한 격리영역의 형성공정도 셀 영역의 면적이 0.2㎛ 이하를 요구하는 기가(GIGA)급 이상의 디램에서는 격리영역이 차지하는 면적이 크다는 문제점과 로코스 공정으로 형성되는 필드 산화막이 실리콘 기판과의 계면에서 형성되면서 실리콘 기판의 농도가 필드 산화막과 결합으로 인해 낮아지게 되어 결과적으로 누설전류가 발생하는 등의 문제점이 발생하여 격리영역의 특성이 나빠지므로 기가 디램급 이상의 격리영역 형성방법으로 격리영역의 두께 조절이 용이하고 격리 효과를 높일 수 있는 트랜치(Trench)를 이용한 STI(shallow Trench Isolation) 구조를 갖는 격리영역 형성방법이 제안되었다.However, in the process of forming the isolation region using the advanced advanced process, the problem that the isolation region occupies is large in the GIGA class or more DRAM requiring the cell area of 0.2 μm or less, and the field oxide film formed by the LOCOS process Formation at the interface with the silicon substrate lowers the concentration of the silicon substrate due to bonding with the field oxide film, resulting in problems such as leakage current, resulting in poor isolation characteristics. As a result, a method of forming an isolation region having a shallow trench isolation (STI) structure using a trench that can easily control the thickness of the isolation region and enhance the isolation effect has been proposed.
이하, 첨부된 도면을 참과하여 종래 기술에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming an isolation layer of a semiconductor device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of forming a separator of a semiconductor device according to the prior art.
도 1a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10)상에 패드 산화막을 형성하고, 상기 패드 산화막(11)상에 질화막을 형성한다.As shown in FIG. 1A, a pad oxide film is formed on the
이어, 상기 반도체 기판(10)의 표면이 소정부분 노출되도록 포토 및 식각 공정을 통해 상기 질화막을 선택적으로 제거하여 질화막 패턴(12)을 형성한다.Subsequently, the
도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 질화막 패턴(12)을 마스크로 이용하여 상기 노출된 패드 산화막(11) 및 반도체 기판(10)을 선택적으로 식각하여 산화막 패턴(11) 및 반도체 기판(10)의 표면으로부터 소정깊이를 갖는 트랜치(13)를 형성한다.As illustrated in FIG. 1B, the exposed
여기서, 상기 트랜치(13)가 형성된 부분은 소자 격리 영역에 해당되고, 상기 질화막 패턴(12) 및 산화막 패턴(11)이 잔류하는 영역은 트랜지스터가 형성될 액티브 영역에 해당된다.Herein, a portion in which the
도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 트랜치(13)가 형성된 반도체 기판(10)에 산 화 공정을 실시하여 상기 트랜치(13)가 형성된 반도체 기판(10)의 표면에 산화막(14)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1C, an oxidation process is performed on the
도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 트랜치(13)를 포함한 반도체 기판(10)의 전면에 갭필(gap fill)용 절연막(15)을 형성한다.As shown in FIG. 1D, an
여기서, 상기 절연막(15)은 SOG(Spin On Glass) 또는 USG(Undoped Silicate Glass) 등을 사용한다.In this case, the
도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(10)의 전면에 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 상기 절연막(15)을 연마하여 상기 트랜치(13)의 내부에 소자 격리막(15a)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1E, the
도 1f에 도시한 바와 같이, 상기 질화막 패턴(12)을 인산으로 제거하고, 상기 산화막 패턴(11)을 세정 공정 등을 통해 제거하고, 상기 반도체 기판(10)의 전면에 게이트 절연막(도시되지 않음)을 형성한다.As shown in FIG. 1F, the
일반적으로 STI 구조를 갖는 소자 격리막(15a)의 첨가제 및 여러 습식 세정 공정을 거치게 되면서 모트(moat)와 필드(field)의 경계부분이 손실(loss)되어 덴트(dent)해지는 경향성을 보이게 되고 이는 후에 레키지(leakage)의 소스가 된다.In general, the additives of the
이때 종래 기술에 의한 격리막의 제조 공정에서는 소자 격리막의 코너 라운딩(corner rounding) 부분에서 충분한 마진(margin)이 없어 게이트 절연막의 특성이나 레키지, 문턱전압 특성을 열화시키는 주원인이 되고 있다.At this time, in the manufacturing process of the isolation layer according to the prior art, there is no sufficient margin at the corner rounding portion of the device isolation layer, which is a main cause of deterioration of the characteristics of the gate insulation layer, the architecture, and the threshold voltage characteristic.
즉, 도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 격리막을 나타낸 구조단면도이다.That is, FIG. 2 is a structural sectional view showing a separator of a semiconductor device according to the prior art.
도 2에서와 같이, 소자 격리막(15a)의 탑 코너 부분이 여러 차례에 걸쳐 실시되는 세정 공정시에 식각이 진행되어 손실(loss)(A)이 발생하고, 상기 손실된 부분은 이후에 레키지 소스로 작용하여 소자의 신뢰성을 악화시키고 있다.As shown in FIG. 2, during the cleaning process in which the top corner portion of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 소자 격리막의 코너 부분 손실을 최소화시킴으로써 소자의 특성을 향상시키도록 한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a method for forming a separator of a semiconductor device to improve the characteristics of the device by minimizing the loss of a corner portion of the device isolation layer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법은 반도체 기판상에 제 1 산화막 및 도전층, 제 2 산화막, 질화막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 질화막, 제 2 산화막, 도전층, 제 1 산화막을 선택적으로 제거하여 질화막 패턴, 제 2 산화막 패턴, 도전층 패턴, 제 1 산화막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 질화막 패턴 및 도전층 패턴을 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판을 선택적으로 제거하여 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판에 습식 식각으로 풀-백을 진행하여 상기 제 2 산화막 패턴과 제 1 산화막 패턴의 측면을 식각하여 공간을 형성하는 단계와, 상기 트랜치의 표면 및 상기 도전층의 측면과 상기 공간 내부에 제 3 산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 3 산화막이 형성된 트랜치의 내부에 소자 격리막을 형성하는 단계와, 상기 질화막 패턴, 제 2 산화막 패턴, 도전층 패턴을 차례로 제거하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.The isolation film forming method of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of sequentially forming a first oxide film, a conductive layer, a second oxide film, a nitride film on the semiconductor substrate, the nitride film, the second oxide film, conductive Selectively removing the layer and the first oxide film to form a nitride film pattern, a second oxide film pattern, a conductive layer pattern, and a first oxide film pattern, and selectively using the semiconductor substrate using the nitride film pattern and the conductive layer pattern as a mask. Removing a trench to form a trench; and performing a full-back wet wet etching on the semiconductor substrate to form a space by etching side surfaces of the second oxide pattern and the first oxide pattern, and forming a surface of the trench and the trench. Forming a third oxide film on the side of the conductive layer and in the space, and forming a device isolation film in the trench in which the third oxide film is formed. And removing the nitride film pattern, the second oxide film pattern, and the conductive layer pattern in order.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방 법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a separator of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation film of a semiconductor device according to the present invention.
도 3a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)상에 제 1 산화막(101)을 약 20 ~ 150Å의 두께로 형성하고, 상기 제 1 산화막(101)상에 폴리실리콘층(102)을 약 200 ~ 1000Å의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 3A, a
이어, 상기 폴리실리콘층(102)상에 제 2 산화막(103)을 약 100Å 이내로 형성하고, 상기 제 2 산화막(103)상에 질화막(104)을 약 1000 ~ 2000Å의 두께로 형성한다.Subsequently, a
그리고 포토 및 식각 공정을 통해 상기 질화막, 폴리 실리콘층, 패드 산화막을 선택적으로 식각하여 질화막 패턴(104), 제 2 산화막 패턴(103), 폴리실리콘층 패턴(102), 제 1 산화막 패턴(101)을 형성한다.The nitride layer, the polysilicon layer, and the pad oxide layer may be selectively etched through photo and etching processes to form the
이어, 상기 질화막 패턴(104)을 마스크로 이용하여 노출된 반도체 기판(100)을 선택적으로 식각하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 트랜치(105)를 형성한다.Subsequently, the exposed
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 질화막 패턴(104)을 마스크로 이용하여 HF를 함유한 습식 식각으로 상기 제 2 산화막 패턴(103) 및 제 1 산화막 패턴(101)에 풀-백(full-back)을 진행한다. 이때 상기 제 2 산화막 패턴(103)과 제 1 산화막 패턴(101)은 측면으로부터 약 30 ~ 150Å 이내로 식각된다.As shown in FIG. 3B, the second
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 트랜치(105)가 형성된 반도체 기판(100)에 산화 공정을 실시하여 노출된 반도체 기판(100)의 표면 및 상기 폴리실리콘층 패턴 (102)의 측면 그리고 상기 제 2 산화막 패턴(103) 및 제 1 산화막 패턴(101)이 식각되어 손실된 부분에 제 3 산화막(106)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, the
즉, 상기 산화 공정시에 트랜치(105) 영역뿐만 아니라 노출된 반도체 기판(100)의 표면뿐만 아니라 폴리실리콘층 패턴(102)의 측벽 부분에서도 동일하게 산화가 진행되면서 계면 안쪽과 바깥쪽으로 산화되는 양이 거의 5 : 5의 비율로 진행되므로 상기 풀-백이 진행되었던 공간(B)은 위아래 산화 공정으로 서로 붙게 된다.That is, during the oxidation process, the amount of oxidation is performed in the inside and the outside of the interface while the oxidation is performed not only in the
따라서 상기 풀-백이 진행되었던 공간에도 제 3 산화막(106)이 자연스럽게 생성되면서 후속 공정인 첨가제 또는 세정 공정에 의해 소자 격리막의 손실이 최소화되면서 코너 부분뿐만 아니라 덴트 현상을 방지할 수 있다.Accordingly, while the
도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 트랜치(105)를 포함한 반도체 기판(100)의 전면에 갭필(gap fill)용 절연막(107)을 형성한다.As shown in FIG. 3D, an insulating
여기서, 상기 절연막(107)은 SOG(Spin On Glass) 또는 USG(Undoped Silicate Glass), TEOS 산화막 등을 사용한다.In this case, the insulating
도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 기판(100)의 전면에 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 상기 절연막(107)을 연마하여 상기 트랜치(105)의 내부에 소자 격리막(107a)을 형성한다.As shown in FIG. 3E, the insulating
여기서, 상기 CMP 공정시에 폴리실리콘층 패턴(102a)이 형성되어 있기 때문에 충분한 오버 에치 마진(over etch margin)을 가지고 진행할 수 있다.Here, since the polysilicon layer pattern 102a is formed during the CMP process, the process may proceed with a sufficient over etch margin.
도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 질화막 패턴(104)을 첨가제 및 인산으로 제거하고, 상기 제 2 산화막 패턴(103a)을 제거한다.As shown in FIG. 3F, the
이어, 상기 폴리실리콘층 패턴(102a)을 건식 또는 습식 식각으로 제거한다.Subsequently, the polysilicon layer pattern 102a is removed by dry or wet etching.
도 4는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막을 나타낸 구조 단면도이다.4 is a structural cross-sectional view showing an isolation film of a semiconductor device according to the present invention.
도 4에서와 같이, 소자 격리막(107a)의 탑 코너 부분에 제 3 산화막(106)이 잔류하고 있어 여러 차례의 세정 공정시에 상기 소자 격리막(107a)이 손실되는 것을 최소화시킬 수가 있다.As shown in FIG. 4, the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method of forming the isolation film of the semiconductor device according to the present invention has the following effects.
첫째, 트랜지스터가 형성되는 액티브 영역의 에지(edge)에 전계가 집중되는 현상을 제거하기 위해 산화막을 두껍게 형성함으로써 코너 라운딩을 시킬 수 있다.First, corner rounding may be performed by forming a thick oxide film to eliminate a phenomenon in which an electric field is concentrated at an edge of an active region where a transistor is formed.
둘째, 강한 전계에 의한 BV(Breakdown Voltage)을 방지할 수 있다.Second, it is possible to prevent the breakdown voltage (BV) caused by a strong electric field.
셋째, 트랜치 에지 영역의 필드 손실을 최소화시킴으로써 덴트(dent) 현상을 방지하여 레키지 등을 방지할 수 있다. Third, the dent phenomenon can be prevented by minimizing the field loss of the trench edge region, thereby preventing the package.
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2004
- 2004-12-21 KR KR1020040109565A patent/KR100577305B1/en not_active IP Right Cessation
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